Integrating Python for Seamless Visualization in FreeFEM
Yu-Hsun Lee 李昱勳
前瞻研究籌獲中心
國家資通安全研究院
Oct 19, 2023
自我介紹
李昱勳
• 京都大學博士（情報學）
• 2022/02〜2022/07 成大數學系博士後研究員
• 2022/08〜2023/01 資安卓越中心助理研究員
• 2023/01〜國家資通安全研究院副研究員
• PyCon Taiwan 2023 議程組組長
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Integrating Python for Seamless Visualization in FreeFEM
在 C++ 寫 Python 是否搞錯了什麼
Yu-Hsun Lee 李昱勳
前瞻研究籌獲中心
國家資通安全研究院
Oct 19, 2023
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FreeFEM 是什麼？
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FreeFEM 是什麼？
• 開源有限元分析軟體
• 主要開發者：Université Pierre et Marie Curie and
Laboratoire Jacques-Louis Lions
• 特點：簡單語言、平行計算能力
Figure 1: Output of FreeFem++ (Taiwan
shaped mesh and numerical result)
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Example
For a given function f(x, y) = xy on unit disk Ω ⊂ R
2
, nd a function u(x, y) satisfying :
−∆u(x, y) = f(x, y) in Ω
u(x, y) = 0 on ∂Ω
(1)
The boundary C = ∂Ω is denoted by:
C = {(x, y)|x = cos(t), y = sin(t), 0 ≤ t < 2π}
Weak Formulation of Equation(1)
Find u ∈ H
1
0
(Ω) s.t
∫
Ω
∇u · ∇v dxdy =
∫
Ω
fv dxdy ∀v ∈ H
1
0
(Ω) (2)
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Example
Code
Execution
> FreeFem++ poisson.edp
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Results
Figure 2: Built-in Visualization interface of FreeFem
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Results
(a) Figure Window (b) Help Window
Figure 2: Built-in Visualization interface of FreeFem
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client-server 架構
FreeFEM
module/server
Browser
Dynamic Loading
HTTP RequestHTTP Response
Module
• cpp-httplib: HTTP Library
• Web API
(Application Programming Interface)
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client-server 架構
FreeFEM
module/server
Browser
Dynamic Loading
HTTP RequestHTTP Response
Browser
• HTML5 Canvas
• SVG.js: SVG Library
• three.js: 3D Library
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如何把 FreeFEM 的結果呈現在網頁上？
原本的做法
1. 在 C++ 中引入 web server 函式庫
2. 把資料寫成 JSON 格式，暫存在硬碟
3. 刻一個網頁，讀取 JSON 檔案，並且把資料畫出來
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如何把 FreeFEM 的結果呈現在網頁上？
原本的做法
1. 在 C++ 中引入 web server 函式庫
2. 把資料寫成 JSON 格式，暫存在硬碟
3. 刻一個網頁，讀取 JSON 檔案，並且把資料畫出來
⇒ 畫圖、建 web sever ，這不都是 Python 擅長的嗎？
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Python 有很多畫圖的函式庫
透過 Plotly 把 mesh 資料做成網站只要 3 行！
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我們該如何在 C++ 中使用 Python 函式庫？
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pybind11 是什麼？
可以用 C++ 來寫 Python 的函式庫 （大家都知道 Python 很慢）
Docs: https://pybind11.readthedocs.io/en/stable/basics.html
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pybind11 是什麼？
可以在 C++ 呼叫 Python
Docs: https://pybind11.readthedocs.io/en/stable/advanced/embedding.html
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pybind11 還有什麼特異功能？
可以直接在 C++ 中使用 Numpy 的陣列
Generated by ChatGPT
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client-server 架構
FreeFEM
module
Python/server
Browser
Dynamic Loading
pybind11
HTTP Request
HTTP Response
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Using the module in FreeFEM
Figure 4: Comparison of FreeFEM Code
Compatible with FreeFEM v4.x
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Using the data from FreeFEM in Python
pyfem.cpp
myscript.py
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執行結果
Execution
> FreeFem++ poisson.edp
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Sample Code
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再執行一次
Execution
> FreeFem++ poisson.edp
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結果呈現
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資安院徵才中
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Q&A
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